Programa del curso

D EPARTAMENTO DE F ÍSICA – FACULTAD DE C S . E XACTAS – UNLP
COMPUTACIÓN
Programa 2010
Profesor: Dr. Sergio J. Sciutto
PARTE I
O RGANIZACI ÓN DE LAS COMPUTADORAS
Unidad 1.1. Introducción a los sistemas de computadoras.
Definiciones básicas. Historia de las computadoras. Organización y arquitectura de las computadoras modernas. Principales componentes. El rol de los sistemas operativos y los programas de aplicación. Sistemas individuales y sistemas de cómputo distribuido. Componentes de la computadora,
funciones, estructura e interconección. El sistema de entrada/salida. Almacenamiento de la información. Periféricos. Organización de la memoria. Interrupciones. La unidad central de procesamiento.
Procesamiento de instrucciones. Clasificación de las computadoras. Redes de computadoras e Internet. Conceptos generales.
Unidad 1.2. Representación de la información en sistemas digitales.
Sistemas de numeración binario, octal y hexadecimal. Unidades de almacenamiento: bit, Byte, y
múltiplos. Representación de números enteros. Magnitud y signo, complemento a 1, complemento
a 2 y representación en punto fijo. Aritmética con enteros. Representacion en punto flotante. El
standard IEEE 754. Limitaciones en las representaciones normalizadas. Excepciones. Aritmética en
punto flotante. Representación binaria de información no numérica. Códigos de caracteres: BCD y
ASCII. Representación digital de textos, imágenes, sonido y video. Cálculo de los requerimientos
de almacenamiento en casos particulares.
Unidad 1.3. El sistema operativo.
Objetivos y funciones. Tipos de sistemas operativos. Componentes fundamentales de sistemas operativos de uso común. Administración de procesos. Intercomunicación entre procesos. Operación
de periféricos. Sistema de archivos. Administración de memoria. Memorias real y virtual. Paginado
de memoria. Reubicación de procesos en memoria (swapping).
PARTE II
P ROGRAMACI ÓN DE A PLICACIONES C IENT ÍFICAS
Unidad 2.1. Introducción a la programación de computadoras.
Componentes de un programa. Instrucciones, operaciones y datos. Secuencias de instrucciones directamente ejecutables y conjuntos de instrucciones de alto nivel. Compilación y procesos adicionales para la elaboración de un programa ejecutable a partir de una fuente de alto nivel. Uso de
librerı́as. Librerı́as estáticas y dinámicas. Lenguajes interpretados. Entornos de programación y trabajo cientı́fico de alto nivel.
Unidad 2.2. Programación con lenguajes interpretados de orientación matemática.
Ajuste del entorno de programación/ejecución. Herramientas básicas. Operaciones matemáticas
fundamentales. Funciones de librerı́a. Vectores y matrices. Cadenas de caracteres. Intrucciones de
control de flujo. Las instrucciones condicionales “if-else” e “if-elseif”. Programación de lazos. Las
instrucciones “for” y “while”. Interrupción de lazos, la intrucción “break”. Estructuración de un programa complejo. Funciones. Programación de funciones como módulos separados o en lı́nea dentro
de un programa dado. Variables globales. Entrada y salida. Las instrucciones de apertura y cerrado
de archivos. Intrucciones para escritura y lectura de datos. Escritura de datos con formato. Formatos
usuales para la impresión de números: Enteros, flotantes con punto decimal fijo, notación exponencial. Instrucciones de librerı́a usuales en programación cientı́fica. Intrucciones para la realización
de gráficas de funciones y/o datos. Representación gráfica de una función de librerı́a o predefinida
por el usuario. Representación gráfica de un conjunto de puntos. Ajustes de las gráficas: tipos de
marcadores de puntos y de lı́neas. Ejes, escalas y rótulos. Superposición de varias representaciones
en una única gráfica.
Unidad 2.3. Programación en lenguaje C compilado.
Ajuste del entorno de programación/compilación/ejecución. Herramientas básicas. Operaciones matemáticas fundamentales. Funciones de librerı́a. Tipos de datos. Enteros con y sin signo. Flotantes
en simple y doble precisión. Caracteres y cadenas de caracteres. Vectores y matrices. Estructuras.
Punteros. Intrucciones de control de flujo. Las instrucciones condicionales “if-else” y “switch-case”.
Programación de lazos. Las intrucciones “for”, “while” y “repeat”. Interrupción de lazos, la instrucción “break”. La estructuración de módulos en un programa en C. Funciones. Variables estáticas y
automáticas. Variables externas o globales. Uso de memoria para cada tipo de variable. Alcance de
la definición de una variable. Entrada y salida. Las instrucciones de apertura y cerrado de archivos.
Intrucciones para escritura y lectura de datos. Escritura de datos con formato. Formatos usuales para
la impresión de números: Enteros, flotantes con punto decimal fijo, notación exponencial. Entradasalida sin formato. Las funciones “getc” y “putc”. Instrucciones de librerı́a usuales en programación
cientı́fica.
PARTE III
M ÉTODOS N UM ÉRICOS B ÁSICOS
Unidad 3.1. Teorı́a de la representación de números reales.
Base de una representación. Representación de números en punto fijo y punto flotante. Punto flotante normalizado. Cambio de base. Algoritmos de cambio de base para las partes entera y fraccionaria
de un número. Errores en una representación finita de un número real. Errores absoluto y relativo.
Redondeo y truncamiento. Formatos usuales de representación de números en sistemas de cómputo
automático. Parámetros de representaciones en punto fijo: base, longitud de campo, alcance. Representación de números negativos. Parámetros de representaciones en punto flotante: base, longitudes
de campo, de mantisa, y de exponente, sezgo y alcance. “Epsilon” de una representación en punto
flotante.
Unidad 3.2. Métodos básicos de aproximación de funciones.
Polinomios. Evaluación numérica de polinomios. Interpolación. Polinomio interpolante de Lagrange. Polinomios osculadores. Interpolación segmentaria. Interpolación con splines. Interpolación
segmentaria de funciones con varias variables independientes. El caso multilineal.
Unidad 3.3. Ecuaciones algebraicas.
Solución de ecuaciones algebraicas con una incógnita. Método de bisección para funciones continuas. Método de iteración de punto fijo. Condiciones de validez. Método de Newton-RaphsonFourier. Método de la secante. Generalización al caso de sistemas de ecuaciones algebraicas.
Unidad 3.4. Ajuste de funciones.
Ajuste de polinomios a un conjunto de datos por el método de mı́nimos cuadrados. El caso del polinomio de grado 1. Ajuste por mı́nimos cuadrados con polinomios ortogonales. Ajuste de funciones
generales: el caso de mı́nimos cuadrados no lineal.
Unidad 3.5. Simulaciones numéricas.
Generación de números pseudoaleatorios. Algoritmos para la generación de números aleatorios
distribuidos no uniformemente. Estructura de un algoritmo de simulación numérica. Evaluación
de observables. Cálculo de valores medios y dispersiones. Desarrollo de algoritmos en ejemplos
simples.
NOTA IMPORTANTE: La división del programa en partes se ha realizado con el fin de listar en forma
más conveniente los temas que se tratan en esta asignatura. Esta división no implica secuenciamiento
temporal alguno: durante el desarrollo de la cursada se tratan intercaladamente conceptos de todas las
partes, según sea oportuno en cada caso.
Bibliografı́a recomendada.
PARTE I
• William Stallings, Organización y arquitectura de computadoras, Ed. Pearson Educación, Madrid
(2005).
• Linda Null, Julia Lobur, The Essentials of Computer Organization and Architecture, Ed. Jones and
Barlett, Sudbury (MA, USA) (2006).
• A. Tanembaum, Sistemas Operativos Modernos, Ed. Pearson, México (2009).
PARTE II
• D. Báez López, MATLAB con aplicaciones a la Ingeniera, Fı́sica y Finanzas, Ed. Alfaomega, México (2006).
• J. Garcı́a de Jalón, J. I. Rodrı́guez, J. Vidal, Aprenda Matlab 7.0, Universidad Politécnica de Madrid
(2005).
• P. J. Deitel, H. M. Deitel, C++, cómo programar, Ed. Pearson, México (2009).
• B. W. Kernighan, D. M. Ritchie, El Lenguaje de Programación C (2da Edición), Ed. Pearson,
México (1991).
• Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Avellaneda, Manuales de Programación, publicación electrónica: www.programacionutn.com.ar/manuales.
PARTE III
• A. E. Sagastume Berra, G. Fernandez, Álgebra y Cálculo Numérico, Ed. Kapelusz, Buenos Aires
(1985).
• R. Burden, J. Douglas Faires, Análisis Numérico, 7ma edición, Cengage Learning, México (2009).
• S. Chapra, R. Canale, Métodos numéricos para ingenieros, Mc. Graw-Hill, México (2007).
• W. H. Press, S. A. Teukolsky, W. T. Vetterling, B. P. Flannery, Numerical Recipes: The Art of Scientific Computing (Third edition), Cambridge University Press, Nueva York (2007).